Quá trình đúc khuôn là phương pháp đưa một lượng vật liệu prepreg nhất định vào khoang khuôn kim loại, sử dụng máy ép có nguồn nhiệt để tạo ra nhiệt độ và áp suất nhất định, làm mềm vật liệu prepreg trong khoang khuôn bằng nhiệt, sau đó ép để tạo dòng chảy, lấp đầy khoang khuôn và đóng rắn sản phẩm.
Quá trình đúc khuôn có đặc điểm là cần gia nhiệt trong quá trình này, mục đích của việc gia nhiệt là làm mềm vật liệu prepreg để dễ chảy hơn.nhựaQuá trình này giúp lấp đầy khoang khuôn và đẩy nhanh phản ứng đóng rắn của vật liệu nền nhựa. Trong quá trình lấp đầy khoang khuôn bằng vật liệu prepreg, không chỉ vật liệu nền nhựa chảy vào mà cả vật liệu gia cường cũng vậy, và vật liệu nền nhựa cùng các sợi gia cường sẽ lấp đầy toàn bộ khoang khuôn cùng một lúc.
Chỉ cónhựaĐộ nhớt của chất nền rất lớn, liên kết rất bền, để có thể chảy cùng với các sợi gia cường, do đó quá trình đúc đòi hỏi áp suất đúc lớn hơn, cần có khuôn kim loại có độ bền cao, độ chính xác cao và khả năng chống ăn mòn, đồng thời cần sử dụng máy ép nhiệt đặc biệt để kiểm soát nhiệt độ đúc, áp suất, thời gian giữ và các thông số quy trình khác.
Phương pháp đúc có hiệu quả sản xuất cao, độ chính xác về kích thước sản phẩm, độ hoàn thiện bề mặt tốt, đặc biệt đối với các sản phẩm vật liệu composite có cấu trúc phức tạp, thường có thể được đúc một lần mà không làm ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm composite. Nhược điểm chính là thiết kế và chế tạo khuôn phức tạp hơn, chi phí đầu tư ban đầu lớn hơn. Mặc dù có những nhược điểm nêu trên, quy trình đúc khuôn vẫn chiếm vị trí quan trọng trong quy trình đúc vật liệu composite.
1. Chuẩn bị
Hãy làm tốt công việcvật liệu tiền chế, sử dụng khuôn đúc, với phôi thử nghiệm trong lò nung để hỗ trợ công việc, và làm sạch khuôn sau khi sử dụng để loại bỏ nhựa thừa, mảnh vụn, giữ cho khuôn sạch sẽ và nhẵn mịn.
2. Cắt và xếp các tấm prepreg
Sản phẩm sẽ được làm từ nguyên liệu sợi carbon đã chuẩn bị sẵn, sau khi được kiểm duyệt, sẽ tính toán diện tích nguyên liệu, vật liệu, số lượng tấm, xếp chồng từng lớp nguyên liệu, đồng thời ép sơ bộ các lớp vật liệu thành hình dạng đều đặn, đạt chất lượng nhất định và có độ đặc cao.
3. Tạo hình và đóng rắn
Đặt các nguyên liệu thô đã xếp chồng vào khuôn, đồng thời đặt các túi khí nhựa bên trong, đóng khuôn lại, đưa toàn bộ vào máy ép khuôn. Áp suất và nhiệt độ của các túi khí nhựa bên trong được giữ ở mức không đổi, thời gian cố định để tiến hành quá trình đóng rắn.
4. Làm nguội và tháo khuôn
Sau một thời gian tạo áp suất bên ngoài khuôn, trước tiên làm nguội trong một khoảng thời gian, sau đó mở khuôn, tháo khuôn và làm sạch phần bên ngoài khuôn.
5. Gia công tạo hình
Sau khi tháo khuôn, sản phẩm cần được làm sạch bằng bàn chải thép hoặc bàn chải đồng để cạo sạch phần nhựa thừa, sau đó dùng khí nén thổi sạch và đánh bóng sản phẩm, làm cho bề mặt nhẵn mịn và sạch sẽ.
6. Kiểm tra không phá hủy và kiểm tra cuối cùng
Việc kiểm tra không phá hủy và kiểm tra cuối cùng sản phẩm được thực hiện theo yêu cầu của tài liệu thiết kế.
Phân tích các điểm kỹ thuật của quy trình ép khuôn prepreg
Từ khi vật liệu composite sợi carbon ra đời, nó luôn bị hạn chế bởi chi phí sản xuất và ảnh hưởng của các biến dạng trong quá trình sản xuất, và chưa được ứng dụng rộng rãi. Chi phí sản xuất và biến dạng của sợi carbon được quyết định bởi quá trình tạo hình.vật liệu composite sợi carbonCó nhiều quy trình đúc khuôn, chẳng hạn như RTM, VARI, bể ép nóng, sấy khô bằng lò nung (OOA), v.v., nhưng đều có hai điểm hạn chế: 1, thời gian chu kỳ đúc khuôn dài; 2, giá thành cao (so với kim loại và nhựa). Ép khuôn nén vật liệu composite (Prepreg CompressionMolding), như một loại quy trình đúc khuôn, có thể thực hiện sản xuất hàng loạt và giảm chi phí sản xuất, do đó ngày càng được sử dụng rộng rãi.
Quy trình ép khuôn vật liệu composite (prepreg molding) đề cập đến việc sử dụng nhiệt độ và áp suất để ép vật liệu composite trải đều thành hình dạng đã được định hình sẵn trong một khoảng thời gian nhất định. Tốc độ ép khuôn của quy trình này nhanh, yêu cầu thiết bị đơn giản, dễ vận hành. So với các quy trình ép nóng, VARI và OOA, sản phẩm có chất lượng bề mặt tốt, độ ổn định kích thước cao và quy trình dễ kiểm soát.
▲Sơ đồ quy trình ép khuôn pre-preg
Bốn yếu tố của quá trình đúc
1. Nhiệt độ và độ đồng nhất: phản ánh mức độ phản ứng giữa các thành phần.nhựaVàchất đóng rắnvà tính đồng nhất của vị trí phản ứng, chủ yếu kiểm soát chất lượng bề mặt khuôn và mức độ đóng rắn;
2. Áp suất và độ đồng đều: phản ánh sự thoát khí và hiệu ứng dòng chảy trong nhựa, kiểm soát chất lượng bề mặt đúc và các đặc tính cơ học;
3. Thời gian đóng rắn: phản ánh mức độ đóng rắn, nhằm đảm bảo hiệu quả sản xuất;
4. Độ dày khoang khuôn: phản ánh độ dày của sản phẩm, dựa trên đặc tính riêng của vật liệu sợi carbon, thiết kế độ dày khoang khuôn hợp lý.
Khả năng áp dụng quy trình
Vật liệu composite tiền chếVề mặt lý thuyết, quy trình đúc có thể sản xuất bất kỳ cấu trúc sản phẩm nào. Tuy nhiên, nếu cấu trúc sản phẩm quá phức tạp, chẳng hạn như khóa ngược, diện tích mặt bích quá lớn, sẽ dẫn đến chi phí khuôn tăng đáng kể và khó khăn trong sản xuất. Vì vậy, đối với các chi tiết có cấu trúc đặc biệt phức tạp, phương pháp này không mạnh. Tuy nhiên, chúng ta có thể sử dụng các giải pháp tối ưu hóa cấu trúc hoặc thiết kế khối + liên kết để sản xuất các bộ phận phức tạp.
Công nghệ liên quan
1. Công nghệ cắt nhiều lớp: Các tấm prepreg nhiều lớp được cắt cùng một lúc; các tấm prepreg có góc độ khác nhau được cắt cùng một lúc để nâng cao hiệu quả cắt.
2. Công nghệ gia nhiệt trực tiếp vào/ra: khuôn được gia nhiệt trực tiếp đến nhiệt độ đóng rắn, sau đó phôi được đặt vào khuôn và ép thành hình, giúp rút ngắn thời gian tạo hình và giảm tiêu thụ năng lượng.
3. Công nghệ đúc theo kích thước chính xác: phôi được dập theo kích thước chính xác trước, sau đó được đưa vào khuôn theo kích thước chính xác để đóng rắn, giảm thiểu quá trình cắt.
Khó khăn trong quy trình
Khó khăn trong thiết kế khuôn cho các sản phẩm có cấu trúc phức tạp: Nếu sản phẩm có nhiều khớp nối ngược và góc âm, việc chế tạo khuôn sẽ khó khăn hơn, đồng thời, sau khi sử dụng lâu ngày, độ chính xác của việc định vị các chi tiết chèn sẽ giảm. Do đó, khi thiết kế sản phẩm, cần cố gắng tránh các khớp nối ngược hoặc góc âm.
Lưu ý: Yêu cầu về chất lượng bề mặt của các bộ phận phủ ngoài sản phẩm rất cao, các vấn đề thường gặp ở các bộ phận làm từ sợi carbon là: các đốm trắng trên bề mặt sản phẩm có kết cấu sần sùi; sản phẩm có kết cấu không đều; bề mặt có lỗ nhỏ, thiếu keo, v.v. Tóm lại, các nguyên nhân bao gồm: chất đóng rắn trong vật liệu prepreg không được trộn đều hoặc phản ứng không hoàn toàn; nhiệt độ khuôn không đồng đều; nhiệt độ và áp suất không phù hợp; thiết kế và gia công khuôn không đúng cách; quy trình đúc không được kiểm soát; khuônchất giải phóngphản ứng, vân vân.
Thời gian đăng bài: 17/01/2025